RNA干擾研究進(jìn)展

王蘭蘭

摘 要：RNA干擾（RNA interference， RNAi）是正常生物體內(nèi)抑制特定基因表達(dá)的一種現(xiàn)象，通過(guò)雙鏈RNA的介導(dǎo)特異性降解相應(yīng)序列的mRNA，從而導(dǎo)致轉(zhuǎn)錄后水平的基因沉默。RNAi發(fā)生過(guò)程主要分為3個(gè)階段：起始階段、擴(kuò)增階段、效應(yīng)階段。其在抵抗病毒感染、抑制轉(zhuǎn)座子活動(dòng)、調(diào)控內(nèi)源性基因表達(dá)等方面發(fā)揮重要作用。本文就RNAi的分子機(jī)制、作用特點(diǎn)及其應(yīng)用研究方面的進(jìn)展做相關(guān)介紹。

關(guān)鍵詞：RNA干涉;基因沉默;雙鏈RNA

RNA 干擾（RNA interference，RNAi） 是指與靶基因序列同源的雙鏈RNA（ dsRNA） 所誘導(dǎo)的轉(zhuǎn)錄后基因沉默現(xiàn)象，是真核生物抵御病毒入侵、抑制轉(zhuǎn)座子活動(dòng)、調(diào)控基因表達(dá)的監(jiān)控機(jī)制?；虻谋磉_(dá)具有選擇性，我們發(fā)現(xiàn)生物體內(nèi)存在一套R(shí)NA 監(jiān)視系統(tǒng)，能通過(guò)多種途徑產(chǎn)生異常dsRNA，誘發(fā)RNAi，激活抑制基因，控制活躍基因，從而參與基因選擇性表達(dá)。目前RNAi 技術(shù)因其操作簡(jiǎn)單、特異性強(qiáng)、高效性等特點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于植物的抗病毒研究、藥物靶基因的篩選、腫瘤治療等領(lǐng)域[1]?，F(xiàn)對(duì)RNAi的研究進(jìn)展做綜述。

1 RNA干涉的的發(fā)現(xiàn)

RNAi最早是在線蟲(chóng)C.elegans上發(fā)現(xiàn)的，人們發(fā)現(xiàn)水蛭、錐體蟲(chóng)、渦蟲(chóng)、果蠅等無(wú)脊椎動(dòng)物RNAi都非常有效。開(kāi)始，較長(zhǎng)雙鏈RNA只能引起少數(shù)胚胎細(xì)胞（如斑馬魚(yú)和小鼠胚胎）的RNAi現(xiàn)象。后來(lái)人工合成的21nt長(zhǎng)度的RNA二合體在培養(yǎng)的哺乳動(dòng)物細(xì)胞成功進(jìn)行了RNAi。最近，利用載體表達(dá)的shRNA在許多培養(yǎng)的人源，猴源和鼠源的哺乳動(dòng)物細(xì)胞的RNAi實(shí)驗(yàn)取得了成功。RNAi廣泛存在于是生物界的現(xiàn)象。

2? RNA干涉的分子機(jī)制及作用特點(diǎn)

2.1 RNA干涉的分子機(jī)制

雖然遺傳學(xué)和生物化學(xué)的方法都已用于探索RNA干涉的機(jī)制，但其真正的機(jī)理尚未明了。目前認(rèn)為其可能機(jī)制可分為三步：

第一步：dsRNA的形成。dsRNA是誘導(dǎo)細(xì)胞RNAi的關(guān)鍵組分，外源DNA、RNA序列均可激發(fā)細(xì)胞產(chǎn)生相應(yīng)的dsRNA，但產(chǎn)生的方式不同。RNA病毒在病毒或細(xì)胞中RNA依賴性RNA聚合酶的催化下，合成病毒的RNA序列互補(bǔ)鏈，并與之結(jié)合形成dsRNA;細(xì)胞通過(guò)“通讀轉(zhuǎn)錄’，轉(zhuǎn)座子的反向重復(fù)序列，直接產(chǎn)生雙鏈RNA[2]。

第二步：siRNA的形成。形成的dsRNA要在細(xì)胞中大量擴(kuò)增，當(dāng)其在細(xì)胞中達(dá)到一定量的時(shí)候，會(huì)被一種特異的核酸內(nèi)切酶識(shí)別并與之結(jié)合形成酶-dsRNA復(fù)合體。此后，在ATP的參與下，細(xì)胞中存在的另一種復(fù)合體—RNA誘導(dǎo)的沉默復(fù)合體，利用結(jié)合在其上的核酸內(nèi)切酶活性切割靶mRNA分子中與dsRNA反義鏈互補(bǔ)的區(qū)域，形成了21-23個(gè)核昔酸的dsRNA，小片段稱之為短干涉RNA[3]。

第三步：RNAi的形成。SiRNA還可作為一種特殊的引物，在RdRP酶的作用下以把mRNA為模板合成dsRNA分子，這些dsNRA分子又可被RISC切割形成新的siRNA，新的siRNA又可進(jìn)人上述循環(huán)，這種過(guò)程稱之為隨機(jī)降解性聚合酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)。新生的dsRNA反復(fù)合成和降解，不斷產(chǎn)生新的siNRA，從而使靶mRNA漸進(jìn)性減少，導(dǎo)致目的基因沉默，呈現(xiàn)RNiA現(xiàn)象。

2.2 RNA干涉的作用特點(diǎn)

RNAi途徑主要存在于細(xì)胞漿中，與反義核酸，核酶相比，RNAi具有以下特點(diǎn)。①特異性。siRNA是嚴(yán)格按照堿基配對(duì)法則與靶mRNA結(jié)合的，故只引起同源mRNA的降解。②遺傳性。dsRNA分子可擴(kuò)散至生物體各個(gè)細(xì)胞，干擾效應(yīng)可遺傳給后代，研究表明，通過(guò)注射或者浸泡siRNA，在二代線蟲(chóng)中仍可觀察到對(duì)靶基因的抑制作用。③位置效應(yīng)。研究表明只有針對(duì)編碼區(qū)的dsRNA才產(chǎn)生干擾效應(yīng)，對(duì)內(nèi)含子區(qū)域的dsRNA不產(chǎn)生干擾效應(yīng)[4]。

3 RNA干涉的應(yīng)用

3.1用于基因治療

RNAi的作用具有高效率和高特異性的特點(diǎn)，它能使目標(biāo)蛋白的mRNA發(fā)生特異性的降解。目前，人們已經(jīng)證明在培養(yǎng)的哺乳動(dòng)物細(xì)胞中，RNAi可用于抗病毒和抗腫瘤等的基因治療Wilda等[5]，在K562細(xì)胞系用針對(duì)融合基因bcr-abl的dsRNA可以明顯引起細(xì)胞凋亡。隨著RNAi被成功應(yīng)用于哺乳動(dòng)物細(xì)胞，用于人類疾病的治療已為期不遠(yuǎn)。

3.2新藥物的研究與開(kāi)發(fā)

蛋白質(zhì)是細(xì)胞功能的執(zhí)行者，各種疾病的發(fā)生和蛋白質(zhì)功能的異常是分不開(kāi)的。RNAi不僅可以使細(xì)胞產(chǎn)生特定基因表型，而且它還具有高效和特異的特點(diǎn)。因此，它在新藥的開(kāi)發(fā)與研究上具有廣闊的前景。比如RNAi可以作為尋找新的藥物靶標(biāo)的工具[6]，可以高通量地對(duì)發(fā)現(xiàn)的藥物靶基因做功能分析，可幫助了解藥物作用的生化模式等。

3.3探索基因功能的工具

由于RNAi可以使特異基因mRNA發(fā)生降解，從而獲得特定蛋白功能喪失或降低的突變株。因此，RNAi可以作為一種強(qiáng)有力的研究工具，用于后基因組的研究。線蟲(chóng)全基因組已于1998年測(cè)序完畢，RNAi的發(fā)現(xiàn)又為系統(tǒng)和高通量研究線蟲(chóng)全基因組功能提供了可能。目前已探索了幾乎整個(gè)線蟲(chóng)的所有基因（約19 000個(gè)）。植物的全基因組探索也正在進(jìn)行中。

展望

RNAi作為一種改變基因表達(dá)的方法已在許多生物中進(jìn)行了嘗試，取得了不同程度的成功。研究已發(fā)現(xiàn)在培養(yǎng)的人類細(xì)胞中確實(shí)存在RNAi現(xiàn)象，使人們看到了將RNAi作為遺傳學(xué)工具用于哺乳類乃至人類進(jìn)行研究的曙光[7]。雖然RNAi研究的歷史很短，許多問(wèn)題仍有待認(rèn)識(shí)、解決，但隨著對(duì)RNAi機(jī)制的深入理解，RNAi將在功能基因組學(xué)、發(fā)育生物學(xué)研究，以及疾病的基因治療等方面發(fā)揮巨大的作用。

參 考 文 獻(xiàn)

[1] Koch A， Kogel K H. New wind in the sails： improving the agronomic value of crop plants through RNAi-mediated gene silencing.[J]. Plant Biotechnology Journal， 2014， 12（7）：821-831

[2] 付文金， 巢時(shí)斌， 彭劍雄. RNA干擾[J]. 中國(guó)細(xì)胞生物學(xué)學(xué)報(bào)， 2002， 24（5）：279-282.

[3] Zamore P D， Tuschl T， Sharp P A， et al. RNAi： double-stranded RNA directs the ATP-dependent cleavage of mRNA at 21 to 23 nucleotide intervals.[J]. Cell， 2000， 101（1）：25-33.

[4] 萬(wàn)志紅， 王宇明. 基因功能研究新途徑-RNA干擾[J]. 世界華人消化雜志， 2004， 12（4）：962-964.

[5] 萬(wàn)志紅， 王宇明. 基因功能研究新途徑-RNA干擾[J]. 世界華人消化雜志， 2004， 12（4）：962-964.

[6] 吳濤， 石寶晨， 陳潤(rùn)生. RNA干涉現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)與研究進(jìn)展——2006年諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)簡(jiǎn)介[J]. 生物化學(xué)與生物物理進(jìn)展， 2006， 33（10）：915-917.

[7] 孫秀菊. RNA干涉：沉默基因的機(jī)制及應(yīng)用研究新進(jìn)展[J]. 國(guó)際遺傳學(xué)雜志， 2002， 25（6）：313-316.